【摘要】：面對能源存儲中對高能量密度、低成本和高安全性需求的不斷增加,目前需要發(fā)展鋰硫電池和鈉離子電池這兩種新型的二次電池來替代傳統(tǒng)的鋰離子電池。鋰硫電池具有高于傳統(tǒng)鋰離電池10倍以上的超高的理論比容量1672mAh g~(-1)和高于傳統(tǒng)鋰離電池5倍以上的超高的理論能量密度2567kW kg~(-1)。同時(shí),硫元素具有綠色可降解和低成本儲量豐富的特點(diǎn),可以很好的滿足可持續(xù)能源發(fā)展的需求。與鋰硫電池相似,鈉離子電池不僅具有與傳統(tǒng)鋰離子電池可比擬的能量密度,而且具有低成本和環(huán)境友好的優(yōu)勢,在智能電網(wǎng)等大規(guī)模能源存儲設(shè)備的應(yīng)用中具有巨大的潛力。然而,為了發(fā)展這兩種二次電池,仍然需要解決鋰硫電池中硫低電導(dǎo)率和多硫化物穿梭效益以及鈉離子電池嵌鈉/脫鈉過程中體積膨脹率和電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差而導(dǎo)致這兩種電池能力密度低和循環(huán)壽命短的問題。鑒于此,獨(dú)特均一的納米尺度的釩基(次鐵釩礦相二氧化釩和四硫化釩)-碳材料(碳納米管或石墨烯)復(fù)合電極材料通過結(jié)合先進(jìn)制備途徑(包括原子層沉積技術(shù)、化學(xué)氣相沉積技術(shù)、水熱法等)被制備。由于多尺度復(fù)合材料的高導(dǎo)電性和釩基化合物本征的高電化學(xué)活性,復(fù)合電極材料具有高比容量和穩(wěn)定長循環(huán)的優(yōu)異電化學(xué)表現(xiàn)。論文具體內(nèi)容如下:(1)報(bào)道了一種三維自支撐次鐵釩礦相二氧化釩(VO_2(P))納米球均勻分布在氮摻雜碳納米管陣列表面的復(fù)合結(jié)構(gòu)鋰硫電池電極。在這種復(fù)合電極結(jié)構(gòu)中,VO_2(P)作為一種催化劑利用表面的強(qiáng)吸附性將多硫化物固定,并催化其轉(zhuǎn)換為硫代硫化物。之后,硫代硫化物作為中間介質(zhì)將長鏈多硫化物連接起來轉(zhuǎn)化為不可溶的短鏈硫化鋰和束縛在表面的連多硫酸鹽復(fù)合物。通過這種催化轉(zhuǎn)化過程,VO_2(P)鋰硫電池復(fù)合電極具有良好的電化學(xué)性能:在0.2C電流下?1200mAh?g~(-1)的高可逆比容量,在2C電流下循環(huán)500圈后仍有大約67%循環(huán)保持率穩(wěn)定的長循環(huán)性能,以及硫負(fù)載量為9.6mg?cm~(-2)時(shí)初始面積比容量達(dá)10.2mAh?cm~(-2),并且穩(wěn)定循環(huán)超過200圈的高負(fù)載量下的穩(wěn)定循環(huán)能力,綜合結(jié)果表明該復(fù)合電極在鋰硫電池應(yīng)用中的潛力(2)報(bào)道了一種四硫化釩復(fù)合碳納米管的自支撐鋰硫電池電極材料,在這種結(jié)構(gòu)中,碳納米管陣列提供了大的比表面積和高導(dǎo)電性去承載更多的硫活性物質(zhì),同時(shí)四硫化釩可以有效吸附并催化轉(zhuǎn)化多硫化物。通過這二者的協(xié)同作用,這種復(fù)合電極表現(xiàn)出出色的電化學(xué)性能,包括高達(dá)6C的倍率能力,可在2 C電流下循環(huán)1200圈,且容量衰減率僅為0.037%的穩(wěn)定的長循環(huán)性能。而且,這種復(fù)合電極在高負(fù)載量下具有高的面積比容量13.0mAh?cm~(-2),估算電池能量密度可達(dá)243.4Wh kg~(-1),綜合結(jié)果表明該復(fù)合電極在鋰硫電池實(shí)際應(yīng)用的巨大潛力。(3)通過控制前驅(qū)體氧化石墨烯摸板的濃度可以可控合成具有均一立方體形貌的四硫化釩納米顆粒復(fù)合石墨烯作為鈉離子電池電極材料。四硫化釩具有獨(dú)特的平行排列的一維鏈狀結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)可以提供高達(dá)5.83?的插層間距和相應(yīng)的高理論比容量,在鈉離子電池中具有巨大潛力。該電極在酯類電解液中電池具有良好的電化學(xué)性能,包括?580mAh?g~(-1)在0.1A?g~(-1)電流下50圈的高可逆比容量,在高達(dá)20A?g~(-1)電流下仍具有123mAh?g~(-1)比容量的良好的倍率特性,在0.5A?g~(-1)電流下循環(huán)300圈具有高的容量保持率98%的穩(wěn)定的長循環(huán)性能。并且對比研究了四硫化釩復(fù)合電極在醚類電解液和酯類電解液下的鈉離子存儲機(jī)理。綜合結(jié)果表明這種復(fù)合電極材料在鈉離子電池應(yīng)用中具有很大潛力。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM912;TB33;TB383.1
【圖文】：

電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文硫電池概述 鋰硫電池的發(fā)展歷程及工作原理在 1962 年，Herbet 和 Ulam 就將單質(zhì)硫用作干電池正極材料[2]。之后ao 等將金屬-硫電池概念實(shí)現(xiàn)并申請專利，并預(yù)測了電池的理論能量密之后的幾十年發(fā)展中，受限于當(dāng)時(shí)的科研技術(shù)水平，鋰硫電池表現(xiàn)的循環(huán)表現(xiàn)。2000 年以后，由于鋰硫電池高理論容量以及單質(zhì)硫價(jià)格好的特點(diǎn)，使得鋰硫電池的研究再一次得到關(guān)注。

第一章 緒論MK-3 為碳骨架，在 155oC 下將單質(zhì)硫熔融到 CMK-3 的孔道中，采用醚實(shí)現(xiàn)了高達(dá) 1320mAh·g-1的初始放電比容量，硫利用率超過 80%，并能穩(wěn)0 圈[4]。這個(gè)發(fā)現(xiàn)使得鋰硫電池的商業(yè)化應(yīng)用成為可能，在這之后國內(nèi)外司、科研機(jī)構(gòu)等均開始投入精力發(fā)展可商業(yè)化鋰硫電池，一時(shí)間呈百花[5]。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王亮;郭明聰;;基于復(fù)合電極材料的超級電容器研究進(jìn)展[J];炭素;2017年02期

2 薛效賢;陳山林;;鉀鈉鈣氯復(fù)合電極的制備及其在腦脊液中的應(yīng)用[J];分析化學(xué);1987年12期

3 劉昭林;朱松然;;Pb—WC復(fù)合電催化電極的研究[J];電鍍與精飾;1987年03期

4 馬晉;羅海寧;付融冰;蔣小紅;劉芳;張長波;;可滲透反應(yīng)復(fù)合電極法對土壤重金屬的電動(dòng)去除[J];環(huán)境污染與防治;2012年05期

5 殷寶言;電弧爐水冷復(fù)合電極的試驗(yàn)效果[J];特殊鋼;1993年01期

6 萬愛玲;苑仁靜;;賽多利斯復(fù)合電極測定氟化物的對比研究[J];現(xiàn)代醫(yī)藥衛(wèi)生;2013年11期

7 常志文;郭忠誠;潘君益;徐瑞東;;Al/Pb-WC-ZrO_2-Ag和Al/Pb-WC-ZrO_2-CeO_2復(fù)合電極材料的性能研究[J];昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版);2007年03期

8 王宗廷,俞然剛;復(fù)合電極法測定水中游離的CO_2[J];山東建材學(xué)院學(xué)報(bào);1999年01期

9 翟冠杰;二氧化碳復(fù)合電極的研制及其在建筑工程上的應(yīng)用[J];德州高專學(xué)報(bào);2000年04期

10 陽超琴;楊玲;夏舉佩;;Ti/nano-TiO_2-Pt復(fù)合電極催化甲醇氧化的研究[J];貴金屬;2007年01期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 許國成;王瑋;房晶瑞;鮑玉勝;梁亮;徐磊;楊彬;;活性炭/炭黑復(fù)合電極性能研究[A];第六屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（2）[C];2007年

2 李大偉;鄭仰澤;張俊乾;;粘結(jié)劑對復(fù)合電極力學(xué)性能以及斷裂的影響[A];2018年全國固體力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議摘要集（上）[C];2018年

3 劉景東;陳龍;鄭小雙;施再發(fā);;含硫復(fù)合電極的制備及性能[A];中國固態(tài)離子學(xué)暨電池材料青年學(xué)術(shù)論壇——論文摘要集[C];2013年

4 郅磊;李婷;于航;黨利琴;劉宗懷;雷志斌;;三明治結(jié)構(gòu)石墨烯/多孔碳復(fù)合電極材料用于高性能超級電容器[A];中國化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第三十分會(huì)：化學(xué)電源[C];2016年

5 劉志敏;曹艷艷;黃柏生;;MnO_2/離子液體復(fù)合電極對中藥黃芩苷的電催化作用及其分析應(yīng)用[A];河南省化學(xué)會(huì)2010年學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2010年

6 羅紹華;唐子龍;張中太;齊西偉;張夢龍;;熱解碳結(jié)構(gòu)對LiFePO_4/C復(fù)合電極性能的影響[A];第十五屆全國高技術(shù)陶瓷學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集[C];2008年

7 李章朋;楊生榮;王金清;;石墨烯基復(fù)合電極材料的制備及其在超級電容器中的應(yīng)用[A];甘肅省化學(xué)會(huì)第二十七屆年會(huì)暨第九屆甘肅省中學(xué)化學(xué)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)論文摘要集[C];2011年

8 施建杭;李祥村;賀高紅;張樂;李默;;硫化鈷/石墨烯超級電容器復(fù)合電極的制備及其性能[A];2015年中國化工學(xué)會(huì)年會(huì)論文集[C];2015年

9 許建秀;張承琚;;銀/導(dǎo)電陶瓷復(fù)合電極漿料研究進(jìn)展[A];中國電子學(xué)會(huì)第十五屆電子元件學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2008年

10 于乃川;崔麗華;李楊;姚穎悟;;PbO_2-TiO_2納米復(fù)合電極光電催化降解孔雀石綠的研究[A];第三屆環(huán)渤海表面精飾發(fā)展論壇論文集[C];2014年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 李超;中科院成功制備出兩種復(fù)合電極材料[N];中國建材報(bào);2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 王思哲;釩基納米復(fù)合電極材料的制備及其電化學(xué)儲能研究[D];電子科技大學(xué);2019年

2 李大偉;鋰電池復(fù)合電極的變形、力學(xué)性能與應(yīng)力的原位觀測與分析[D];上海大學(xué);2019年

3 王麗欣;鎳/納米碳復(fù)合電極材料的制備及其電催化析氫性能的研究[D];燕山大學(xué);2018年

4 陳雨婷;碳納米材料摻雜鋰離子動(dòng)力電池復(fù)合電極材料的研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2018年

5 侯曉娟;基于金屬氧化物的三維復(fù)合電極儲鋰性能研究[D];華中科技大學(xué);2015年

6 韓朝輝;Al/TiB_2復(fù)合電極材料的制備與性能研究[D];昆明理工大學(xué);2016年

7 唐陽;功能導(dǎo)向的電化學(xué)體系建立與碳基復(fù)合電極的設(shè)計(jì)和制備[D];北京化工大學(xué);2013年

8 劉彬;基于三維復(fù)合電極的新型能源存儲器件的研究[D];華中科技大學(xué);2014年

9 李祥;超級電容器氧化釕基復(fù)合電極材料的制備及表征[D];中南大學(xué);2012年

10 杜曉軍;石墨烯基復(fù)合電極材料制備及其電化學(xué)性能和力學(xué)穩(wěn)定性研究[D];中北大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 裴苑嬌;陽極氧化-歧化法一步構(gòu)建納米多孔金基一體化復(fù)合電極及電化學(xué)傳感應(yīng)用[D];湖南師范大學(xué);2019年

2 段繼華;基于樹脂/活性炭復(fù)合電極的電容去離子技術(shù)分離富集釩研究[D];武漢理工大學(xué);2018年

3 馬旭;利用二氧化釕/活性碳復(fù)合電極實(shí)現(xiàn)Mixed電化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)在電容脫鹽能力上的提升[D];廈門大學(xué);2018年

4 陳露;基于二維MXene復(fù)合電極材料的構(gòu)建及其性能研究[D];延安大學(xué);2019年

5 李芬培;甲酸和甲醇在鉑基電池活性炭摻雜碳糊復(fù)合電極上的電化學(xué)氧化行為的研究[D];華東師范大學(xué);2019年

6 宋志堯;銀納米線/鋁摻雜氧化鋅復(fù)合電極在全透明QLED中的應(yīng)用[D];河南大學(xué);2018年

7 曹鑫;多級結(jié)構(gòu)過渡金屬硫化物復(fù)合電極材料的設(shè)計(jì)、制備及其電容性質(zhì)研究[D];陜西師范大學(xué);2018年

8 吳磊;3D打印構(gòu)建復(fù)合電極及吸附Li~+/Cl~-行為研究[D];大連理工大學(xué);2018年

9 李朗;鎳納米線基復(fù)合電極材料的超級電容性能研究[D];湖北大學(xué);2018年

10 劉江云;納米多孔銅/二氧化錳復(fù)合電極材料的制備及其電化學(xué)性能的研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2016年

本文編號：2739650